第章狹義相對論基礎課件

3）運動的尺變短2）運動的鐘變慢4）洛倫茲坐標變換1）同時的相對性6）因果律不變小結：5）洛倫茲速度變換§14-4相對論的動力學1．經(jīng)典動力學及其局限性2．質(zhì)量與動量3．相對論力學方程（簡介）4.相對論的能量1．經(jīng)典動力學及其局限性1.1經(jīng)典動力學基本方程基本方程：動量守恒定律：機械能守恒定律：物理量的定義：質(zhì)量（m）：只取決于物體本身，與運動無關動量（p）：動能（Ek）：1.2經(jīng)典動力學的局限性局限性：高速運動時不能適用，不滿足相對性原理，即不滿足洛倫茲變換下的不變性。

改造經(jīng)典動力學：2）重修定義相關物理量，物理定律不變。1）改造物理定律，物理量的定義不變；基本出發(fā)點：1）基本規(guī)律在洛倫茲變換下形式不變；2）低速下回到牛頓力學方案：2．質(zhì)量與動量仍定義動量動量守恒在洛倫茲變換下保持不變兩個全同小球的完全非彈性碰撞兩個小球的孤立系統(tǒng)，動量守恒同時，慣性定律要求質(zhì)心保持勻速直線運動v結論：孤立系統(tǒng)總質(zhì)量守恒?。∕為兩個小球粘合后總質(zhì)量）質(zhì)量m(v)

推導：（1）S系中B球靜止，質(zhì)量為m0（稱靜止質(zhì)量）A球運動，質(zhì)量m（與速度v

有關，稱運動質(zhì)量）碰撞后一起運動:uxvvxx

OO

yy

uxxOy動量守恒（2）S’系中A球靜止，質(zhì)量為m0B球運動，質(zhì)量m碰撞后一起運動：ux’vvxx

OO

yy

動量守恒ux’x

y

O

因ux和ux’

為S及S’中對碰撞兩小球共同速度的描述動量守恒再考慮洛倫茲變換：——相對論質(zhì)量（質(zhì)速關系）（v

是運動小球的速度大小)討論（5）相對論動量（1）由于空間的各向同性，質(zhì)量與速度方向無關（2）（3）v接近c

時，質(zhì)量增加明顯（4）只有在時才可能！Photon光子電子：v=0.98

c

時，3．相對論動力學（補充&簡介）式中及t

在同一慣性系——按照洛倫茲變換變化——按照關系式變化力：由得兩式聯(lián)立求得：加速度：=a討論與牛頓第二定律形式相同但（1）不僅取決于還取決于（2）若——驗證相對論質(zhì)量例：分析垂直進入均勻磁場中的帶電粒子運動情況，假設磁感強度為××××××××××××××××分析：圓周運動實驗驗證m與v關系的理論基礎1909年，德國布歇勒（Bucherer）給出了質(zhì)量與速度的依賴關系，有力地支持了相對論。（3）對于一維運動，所施加為一恒力，則：討論在運動方向上，有:——粒子加速器的主要困難4.相對論的能量相對論動能：經(jīng)典力學中的動能定理應該是成立的設計質(zhì)點從靜止開始（動能為零），在外力F

作用下，作一維運動，動能增加由（1）討論（2）歐洲核子研究中心——正負電子對撞機

如CERN的LEP，單束電子能量為50GeV（1989年）提高至更換超導電磁鐵后，能量提高到100GeV，速度由相對論總能量：——與運動有關的能量靜止時的能量總能量除動能以外的能量討論（1）限于動能的討論當動能由0→Ek，物體質(zhì)量由

m0→m反之亦然！物體動能的變化必然伴隨著質(zhì)量的變化；質(zhì)量的變化必然也伴隨著動能的變化！（2）愛因斯坦對關系式推廣認為：它不僅適用于動能，而且還適用于總能量注意：b)質(zhì)量變化為廣義的，包括任何形式的質(zhì)量變化當一個物體（系統(tǒng)）能量發(fā)生變化時，必然伴隨著質(zhì)量的變化；任何形式的質(zhì)量變化必然也伴隨著能量的變化！——質(zhì)能關系式a)能量變化為廣義的，包括任何形式的能量變化（3）靜能——總的內(nèi)部能量包括：1）物質(zhì)內(nèi)部分子熱運動能量2）物質(zhì)分子和原子的內(nèi)聚能3）原子內(nèi)部的電子激發(fā)能4）核內(nèi)部結合能上述各種能量占總靜能的1%，99%的能量不為人所知，不能被利用！

（4）核能核能釋放有兩種形式：核裂變fission—重原子核=>輕原子核衰變產(chǎn)物質(zhì)量總和小于衰變核的質(zhì)量釋放能量，如：原子彈、核電站等核聚變fusion—輕原子核聚合成重原子核重原子核質(zhì)量小于輕原子核質(zhì)量總和釋放能量，如：氫彈等質(zhì)量虧損：秦山核電站大亞灣核電站

質(zhì)量虧損：5號